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Äquivalenzprinzip und freien Fall verstehen

Das Äquivalenzprinzip verbindet Gravitation und Beschleunigung. Auf dieser Seite übst du freien Fall, Geodäten, Eigenbeschleunigung, Schwerelosigkeit und die Grenzen lokaler Experimente.

Die Aufgaben passen besonders zu Klasse 11–12 und verbinden Gezeitenkräfte, Raumzeitkrümmung, Roche-Grenze, Umlaufbahnen, Swing-by und Gravitationswellen.

So löst du Aufgaben zu freiem Fall und Gezeiten

  1. Unterscheide Gravitation, Auflagekraft und lokal gemessene Eigenbeschleunigung.
  2. Bestimme, ob ein Körper frei fällt, einer Geodäte folgt oder durch eine Stützkraft gehalten wird.
  3. Prüfe Abstand, Gravitationsgradient, relative Beschleunigung und Einheiten.
  4. Bewerte lokale Näherung, Gezeitenwirkung und Messunsicherheiten gemeinsam.

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Äquivalenzprinzip online üben

Test 9 zu Äquivalenzprinzip, freiem Fall, Gezeitenkräften und Raumzeit mit 5 Aufgaben und Lösungen.

Wähle eine Antwort. Prüfe anschließend Bezugssystem, Eigenbeschleunigung, Gezeitengradient und Einheiten.

5 Fragen
0/5 Fragen0 %
Richtig 0
Falsch 0
Offen 5
1. FrageMultiple Choice

Zwei frei fallende Testmassen sind 10 m voneinander entfernt und erfahren eine relative Beschleunigung von 2 · 10⁻⁶ m/s². Wie groß ist die relative Beschleunigung pro Meter?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: 2 · 10⁻⁷ s⁻²..

  1. Bezugssystem bestimmen: Ordne die Aufgabe Äquivalenzprinzip, freiem Fall, Eigenbeschleunigung, Geodäte oder Gezeitenkraft zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Der Gradient beträgt 2 · 10⁻⁶ m/s² geteilt durch 10 m = 2 · 10⁻⁷ s⁻².
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet 2 · 10⁻⁷ s⁻².. Achte auf lokale Messung, Abstand, Gravitationsgradient und Einheiten.

Der Gradient beträgt 2 · 10⁻⁶ m/s² geteilt durch 10 m = 2 · 10⁻⁷ s⁻².

2. FrageMultiple Choice

Eine Raumstation fällt mit g = 9,8 m/s². Welche Kraft zeigt ein idealer Beschleunigungsmesser im freien Fall?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Nahe null..

  1. Bezugssystem bestimmen: Ordne die Aufgabe Äquivalenzprinzip, freiem Fall, Eigenbeschleunigung, Geodäte oder Gezeitenkraft zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Die Station und der Beschleunigungsmesser fallen gemeinsam; ohne Auflagekraft zeigt das Gerät keine Eigenbeschleunigung.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Nahe null.. Achte auf lokale Messung, Abstand, Gravitationsgradient und Einheiten.

Die Station und der Beschleunigungsmesser fallen gemeinsam; ohne Auflagekraft zeigt das Gerät keine Eigenbeschleunigung.

3. FrageMultiple Choice

Eine Uhr verliert relativ 4 Nanosekunden pro Tag. Wie groß ist der Verlust nach 25 Tagen bei konstanter Rate?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: 100 Nanosekunden..

  1. Bezugssystem bestimmen: Ordne die Aufgabe Äquivalenzprinzip, freiem Fall, Eigenbeschleunigung, Geodäte oder Gezeitenkraft zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: 25 · 4 ns = 100 ns.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet 100 Nanosekunden.. Achte auf lokale Messung, Abstand, Gravitationsgradient und Einheiten.

25 · 4 ns = 100 ns.

4. FrageMultiple Choice

Ein Planet erfährt an seiner nahen Seite 10,2 m/s² und an seiner fernen Seite 9,8 m/s². Wie groß ist der Unterschied?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: 0,4 m/s²..

  1. Bezugssystem bestimmen: Ordne die Aufgabe Äquivalenzprinzip, freiem Fall, Eigenbeschleunigung, Geodäte oder Gezeitenkraft zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Die Differenz der Beschleunigungen beträgt 10,2 − 9,8 = 0,4 m/s².
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet 0,4 m/s².. Achte auf lokale Messung, Abstand, Gravitationsgradient und Einheiten.

Die Differenz der Beschleunigungen beträgt 10,2 − 9,8 = 0,4 m/s².

5. FrageMultiple Choice

Eine Raumsonde gewinnt durch Swing-by im Sonnensystem 2 km/s Geschwindigkeit. Welche Erhaltungsgröße bleibt im idealisierten Gesamtprozess erhalten?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: Der Gesamtimpuls und die Gesamtenergie des abgeschlossenen Systems aus Sonde und Planet..

  1. Bezugssystem bestimmen: Ordne die Aufgabe Äquivalenzprinzip, freiem Fall, Eigenbeschleunigung, Geodäte oder Gezeitenkraft zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Die Sonde kann Energie gewinnen, während der Planet einen winzigen Anteil verliert; im Gesamtsystem bleiben die Erhaltungssätze gültig.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Der Gesamtimpuls und die Gesamtenergie des abgeschlossenen Systems aus Sonde und Planet.. Achte auf lokale Messung, Abstand, Gravitationsgradient und Einheiten.

Die Sonde kann Energie gewinnen, während der Planet einen winzigen Anteil verliert; im Gesamtsystem bleiben die Erhaltungssätze gültig.

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Äquivalenzprinzip FAQ

Was bedeutet freier Fall?

Ein Körper bewegt sich ohne nichtgravitative Kräfte entlang einer Geodäte der Raumzeit.

Warum fühlen Astronauten Schwerelosigkeit?

Raumfahrzeug und Insassen befinden sich gemeinsam im freien Fall um die Erde.

Was sind Gezeitenkräfte?

Unterschiede der Gravitationsbeschleunigung über einen ausgedehnten Körper, die auf Raumzeitkrümmung hinweisen.

Gibt es Lösungen zu allen Aufgaben?

Ja. Jede Aufgabe enthält eine richtige Antwort, eine Erklärung und drei nachvollziehbare Lösungsschritte.